不同薄層罩面瀝青混合料的試驗(yàn)及應(yīng)用研究

楊有輝

(招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 重慶市 400067)

0 引言

超薄磨耗層罩面是指在路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或新建公路表面上鋪筑一層15～25mm厚的耐久性超強(qiáng)路面表面層，可有效恢復(fù)舊路面的使用性能，增強(qiáng)其路面平整度及抗滑降噪性能，并具備降低雨天水霧與施工快捷等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。

國外已有研究表明：相比于微表處，薄層罩面可有效延長高速公路使用壽命6～8年，同時具備優(yōu)異的排水及防滑降噪等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。國內(nèi)于2003在廣韶高速公路上鋪筑了第一條試驗(yàn)路段并開展了大量研究。何春木[6]研究發(fā)現(xiàn)，加鋪Novachip(C型)罩面后的高速公路，抗滑性能得到了有效提高。常至明[7]對高黏薄層瀝青混合料罩面開展了相關(guān)研究，針對特定使用性能要求的路面進(jìn)行了相應(yīng)的配合比設(shè)計。但已有研究多針對于特定種類的薄層罩面瀝青混合料展開研究，缺乏不同種類薄層罩面性能之間的橫向?qū)Ρ妊芯?，缺乏施工指?dǎo)性。

對常用的不同類型薄層罩面瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計，對路用性能進(jìn)行了對比研究。并通過工程應(yīng)用實(shí)例對薄層罩面瀝青混合料實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了評價。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

(1)瀝青：選用殼牌SBS復(fù)合改性瀝青，其主要性能參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]檢測如表1所示。

表1 SBS復(fù)合改性瀝青主要性能指標(biāo)

(2)集料

選用玄武巖碎石粗集料，參照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]對相關(guān)性能進(jìn)行檢測如表2所示。

表2 粗集料相關(guān)性能指標(biāo)

細(xì)集料采用玄武巖人工砂，相關(guān)性能檢測結(jié)果如表3所示。

表3 細(xì)集料相關(guān)性能指標(biāo)

(3)礦粉：試驗(yàn)采用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，對相關(guān)性能進(jìn)行檢測如表4所示。

表4 礦粉相關(guān)性能檢測結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計

(1)級配設(shè)計

選用薄層罩面瀝青混合料常用的OGFC-13、SMA-13、AC-13及Novachip(C型)級配類型，4類級配類型的設(shè)計級配如表5所示。

表5 4類薄層罩面瀝青混合料設(shè)計級配

(2)最佳油石比

參照相關(guān)規(guī)范[9]進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，求得4類薄層罩面瀝青混合料的最佳油石比如表6所示。

表6 4類罩面瀝青混合料最佳油石比下的體積指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)方案

參照相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]制備4類罩面瀝青混合料試件并分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)、抗滑性能及滲水性能試驗(yàn)，對路用性能進(jìn)行對比研究。

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

分別制備4類罩面瀝青混合料車轍板試件，每類制備三組平行試件，分別測定動穩(wěn)定度及車轍深度，對比研究高溫穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，試驗(yàn)時的溫度為60℃，荷載為0.7MPa。結(jié)果如表7所示。

由表7可知，四種瀝青混合料的動穩(wěn)定度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值，均具有較好的高溫穩(wěn)定性能。

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果

動穩(wěn)定度大小排序?yàn)椋篈C-13

2.2 低溫穩(wěn)定性

分別制備4類罩面瀝青混合料試件，采用MTS試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)對試件的低溫穩(wěn)定性能進(jìn)行對比研究，試驗(yàn)的加載速率與溫度分別為50mm/min、-10℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，四類罩面瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變排序?yàn)椋篛GFC-13

2.3 水穩(wěn)定性

制備4類罩面瀝青混合料試件分別進(jìn)行浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)，綜和試驗(yàn)結(jié)果對水穩(wěn)定性能進(jìn)行評價。

(1)浸水馬歇爾試驗(yàn)：每種級配的混合料分別制備兩組馬歇爾試件，其中一組試件采用60℃的水浴養(yǎng)護(hù)30min，另一組試件采用60℃的水浴養(yǎng)護(hù)48h，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，四類不同級配試件的殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求的大于80%的要求，大小排序?yàn)椋篛GFC-13

(2)凍融劈裂試驗(yàn)：首先將制備好的四種級配類型的馬歇爾試件分別進(jìn)行室溫水浴養(yǎng)護(hù)20min，然后轉(zhuǎn)移至90Kp真空度的水浴中養(yǎng)護(hù)15min，再轉(zhuǎn)入-18℃的冰箱中養(yǎng)護(hù)16h，最后以25℃的水浴養(yǎng)護(hù)2h即可進(jìn)行試驗(yàn)。四類試件的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，四類不同級配試件的凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足規(guī)范大于80%的要求，大小排序?yàn)椋篛GFC-13

進(jìn)一步分析可知，空隙率分別為3.8%及3.6%的SMA-13與AC-13試件，兩者的凍融劈裂強(qiáng)度比相差不大，均為90%左右。而空隙率分別為19.8%及12.8%的OGFC-13與Novachip(C型)試件的凍融劈裂強(qiáng)度比差異較大，前者僅為85.61%，后者達(dá)到了91.14%。表明混合料的空隙率在小于12.8%的某個范圍內(nèi)，水穩(wěn)定性能隨空隙率的增大而增大，一旦空隙率達(dá)到某一臨界點(diǎn)，水穩(wěn)定性能將隨空隙率的增大而減小。

2.4 抗滑性能

分別制備4類罩面瀝青混合料試件的車轍板試件并室溫養(yǎng)護(hù)48h，試件的抗滑性能采用鋪砂法及擺式摩擦系數(shù)儀分別測定試件的構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)進(jìn)行評定，試驗(yàn)結(jié)果如圖4及圖5所示。

(1)構(gòu)造深度試驗(yàn)

由圖4可知，四類不同級配試件的構(gòu)造深度均滿足我國規(guī)范要求的大于0.55mm的標(biāo)準(zhǔn)，大小排序?yàn)椋篈C-13

混合料的空隙率越大，其構(gòu)造深度也越大，路面排水能力越強(qiáng)，這也是空隙率較大的Novachip(C型)與OGFC-13級配具備較大構(gòu)造深度的主要原因，但級配碎石顆粒的均勻度在一定程度上也對構(gòu)造深度有一定的影響。

(2)摩擦系數(shù)

四類不同級配試件的摩擦系數(shù)大小排序?yàn)椋?AC-13

而對于間斷級配的Novachip(C型)與SMA-13試件及開級配的OGFC-13試件，它們的摩擦系數(shù)隨粗集料的增多而降低，分析原因可以發(fā)現(xiàn)：一方面，粗集料在微觀上的粗糙度相對較??；另一方面較多的瀝青包裹在粗集料表面降低了其粗糙度。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某高速公路于2012年3月建成通車，雙向四車道，瀝青路面的面層結(jié)構(gòu)形式為：4cm AK-16A+5cm AC-20I+6cm AC-25I，該公路所處地區(qū)夏季高溫天氣頻繁，常年多霧，貨車通行量較大(達(dá)到了75%)，超載現(xiàn)象嚴(yán)重。2018年3月對該高速公路采用加鋪Novachip(C型)罩面瀝青混合料的形式進(jìn)行了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，Novachip(C型)瀝青混合料的相關(guān)配合比設(shè)計同室內(nèi)試驗(yàn)，施工現(xiàn)場油石比取4.8%。

3.2 施工前后性能檢測

參照相關(guān)規(guī)范[10]，對該公路K105+950～K115+100路段加鋪Novachip(C型)罩面前后的相關(guān)性能進(jìn)行了對比檢測，檢測結(jié)果如表8所示。

表8表明，K105+950～K115+100路段加鋪Novachip(C型)罩面后，路面平整度高，橫向力系數(shù)及構(gòu)造深度分別提高了44%及66.7%，抗滑性能優(yōu)異，同時由于Novachip(C型)罩面與原路面之間鋪筑有封水作用的粘結(jié)層，通過加鋪層下滲的水將流向道路兩側(cè)排出，避免了水分滲入下層路面結(jié)構(gòu)中及雨天路面水霧的產(chǎn)生，提高了路面使用壽命及雨天行車安全。

表8 施工前后性能檢測結(jié)果

4 結(jié)論

(1)四類罩面瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能排序?yàn)椋篈C-13

(2)四類罩面瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變排序?yàn)椋篛GFC-13

(3)四類罩面瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求的大于80%的要求，大小排序?yàn)椋篛GFC-13

(4)四類罩面瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足規(guī)范要求的大于80%的要求，大小排序?yàn)椋篛GFC-13

(5)四類罩面瀝青混合料的構(gòu)造深度大小排序?yàn)椋篈C-13

(6)綜合室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，建議工程中選用Novachip(C型)薄層罩面。工程應(yīng)用表明：瀝青路面在加鋪Novachip(C型)罩面后，路面平整度高，橫向力系數(shù)及構(gòu)造深度分別提高了44%及66.7%，抗滑性能優(yōu)異；同時具備良好的排水性能，可有效避免雨天路面水霧的產(chǎn)生，提高雨天行車安全。